Sobrecruzamiento

Qué es el sobrecruzamiento

El nombre traduce el inglés "crossing over", expresión acuñada por los genetistas que a principios del siglo XX trabajaban con la mosca del vinagre. El fenómeno ya se conocía antes en citología como quiasma, palabra griega que designa una figura en forma de X y que sigue empleándose para nombrar el punto donde dos cromátidas se cruzan bajo el microscopio.

Durante la meiosis, los dos cromosomas homólogos de cada par (uno de origen materno y otro paterno) se alinean estrechamente. En algún punto de ese contacto, una cromátida se rompe y se vuelve a unir a la cromátida equivalente del homólogo, intercambiando el fragmento distal. El resultado son dos cromátidas recombinantes, cada una con un tramo del cromosoma materno y otro del paterno.

Mecanismo molecular

El intercambio se produce en el paquiteno, una etapa de la profase I en la que los homólogos ya están completamente emparejados. Un conjunto de proteínas específicas provoca roturas programadas en la doble hebra de ADN y, a partir de ahí, forma una estructura intermedia llamada unión de Holliday, que conecta físicamente ambas cromátidas hasta resolverse mediante un nuevo corte y una nueva unión.

El punto de contacto queda marcado, incluso al microscopio óptico, como esa figura en X que mantiene unidos a los homólogos hasta la primera división. La unión no es un detalle secundario: sin al menos un quiasma por par cromosómico, los homólogos pueden segregar mal en la anafase I, y el resultado son gametos con un número anómalo de cromosomas.

Aunque es sobre todo un fenómeno meiótico, no es exclusivo de la meiosis: también se han descrito intercambios equivalentes en cromosomas bacterianos, en el ADN de los orgánulos y, de forma mucho más ocasional, entre cromátidas hermanas de células somáticas en mitosis.

Origen del concepto y el primer mapa genético

En 1911, Thomas Hunt Morgan propuso que la frecuencia con la que dos genes se heredaban juntos dependía de la distancia física entre ellos sobre el cromosoma. Aplicada al sobrecruzamiento que observaba en sus cruces de Drosophila melanogaster, la idea condujo dos años después a uno de los hitos de la genética clásica.

Alfred Sturtevant, entonces alumno de Morgan, utilizó la frecuencia de sobrecruzamiento entre seis genes del cromosoma X de la mosca para trazar, en una sola noche, el primer mapa genético de la historia. De ahí procede la unidad de distancia genética que aún se usa, el centimorgan, bautizada en honor a su director de tesis.

Diferenciación con otros procesos genéticos

El sobrecruzamiento no es sinónimo exacto de recombinación genética. La recombinación es el resultado (una combinación de alelos distinta de la que tenían los progenitores) y puede producirse también por la simple distribución independiente de cromosomas enteros durante la meiosis, sin que medie ningún intercambio físico entre ellos. El sobrecruzamiento es uno de los mecanismos que generan ese resultado, y el único que mezcla material dentro de un mismo cromosoma.

Tampoco debe confundirse con una mutación, que altera la secuencia de ADN. El sobrecruzamiento la reorganiza sin cambiarla, salvo que el intercambio se produzca de forma desigual entre las dos cromátidas, lo que se conoce como sobrecruzamiento desigual.

Preguntas frecuentes

¿Es lo mismo que la recombinación genética?

No. La recombinación genética es un concepto más amplio, que incluye además la distribución al azar de cromosomas enteros en la meiosis. El sobrecruzamiento es solo uno de sus mecanismos, aunque el más estudiado.

¿En qué momento exacto de la meiosis ocurre?

En el paquiteno de la profase I, cuando los homólogos ya están emparejados por completo.

¿Qué es el centimorgan y qué relación tiene con el sobrecruzamiento?

Es la unidad con la que se mide la distancia entre dos genes en un mapa genético, y se define a partir de la frecuencia con la que ambos genes sufren sobrecruzamiento entre sí: un centimorgan equivale, por convención, a una frecuencia de recombinación del 1%. Cuanto más lejos están dos genes en el cromosoma, más probabilidades hay de que un punto de sobrecruzamiento caiga entre ellos y los separe. Sturtevant partió de esa relación para construir su mapa de 1913, y el concepto sigue siendo la base de los mapas de ligamiento actuales, aunque hoy se combine con la secuenciación directa del genoma.

¿Puede producirse fuera de la meiosis?

Sí, aunque con mucha menor frecuencia. En bacterias, en el ADN de mitocondrias y cloroplastos, e incluso de forma ocasional en células somáticas en mitosis, se dan intercambios equivalentes entre secuencias homólogas.

¿Qué ocurre si el intercambio no es simétrico?

Da lugar a un sobrecruzamiento desigual, con una cromátida que gana material genético y otra que lo pierde. Es un fenómeno distinto, con consecuencias médicas propias.

Referencias

1. Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI, NIH). Entrecruzamiento cromosómico. Glosario de genética.
2. BIREME/OPS-OMS. Entrecruzamiento genético. Descriptores en Ciencias de la Salud (DeCS/MeSH).
3. BIREME/OPS-OMS. Recombinación genética. Descriptores en Ciencias de la Salud (DeCS/MeSH).
4. Embryo Project Encyclopedia, Arizona State University. The Linear Arrangement of Six Sex-Linked Factors in Drosophila (1913), by Alfred Henry Sturtevant.